[News] Antares scrute les fonds marins pour mieux comprendre l’Univers

L'étude des phénomènes naturels...

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Michel
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[News] Antares scrute les fonds marins pour mieux comprendre l’Univers

Message par Michel » 26/06/2008 - 0:00:25

La construction du premier télescope sous-marin à neutrinos jamais réalisé vient de s'achever. Depuis le début du mois de juin, les deux dernières lignes de détection d'Antares scrutent le fond de la Méditerranée à la recherche de neutrinos d'origine cosmique. Ce sont désormais 12 lignes de détection qui cherchent à capter ces particules élémentaires, témoins des phénomènes les plus violents de l'Univers.

Cet événement récompense les efforts de la collaboration européenne (1) Antares, en particulier ceux du CEA-Irfu, de l'IN2P3-CNRS, de l'INSU-CNRS et de l'Ifremer, acteurs majeurs dans cette aventure (voir aussi notre news).


Image
Un module d’Antares



De l’art d’attraper une particule «fantôme»

Le neutrino est une particule élémentaire sans charge électrique qui interagit très faiblement avec la matière : contrairement aux autres particules, ce « passe-muraille » est capable de traverser l’Univers en ligne droite sans être arrêté par la matière ou dévié par les champs magnétiques qu’il rencontre sur son passage. Il est ainsi un messager unique en son genre qui peut aider les astrophysiciens à observer et à mieux comprendre certains objets, sièges de phénomènes cataclysmiques. Le neutrino permet d’ouvrir une nouvelle fenêtre d’observation sur l’Univers… à condition toutefois d’être détecté, ce qui est loin d’être évident puisqu’il interagit très peu avec la matière. Le détecteur susceptible de repérer sa trace doit, par conséquent, être le plus grand possible afin d’accroître les chances de l’intercepter.

Le défi a été relevé en 1996 par des équipes du CEA et du CNRS et c’est ainsi que le projet Antares (2) a vu le jour. Après une longue période d’étude des propriétés du milieu marin, une première ligne de détection souple de 400 mètres de haut a été immergée en février 2006 par 2500 mètres de profondeur au large de Toulon, grâce au savoir-faire et aux équipements de l’Ifremer. Aujourd’hui, ce sont 12 lignes qui sont ancrées aux fonds marins sur un espace équivalent à 4 terrains de football. Elles sont équipées de près de 900 modules optiques, les « yeux » du télescope, imaginés et construits par les équipes Antares. La moitié des lignes a été assemblée au Centre de physique des particules de Marseille (CNRS/Université de la Méditerranée), laboratoire support de l’expérience, l’autre moitié à l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (CEA Irfu, Saclay).

Le détecteur Antares est protégé du bruit de fond que constitue le rayonnement cosmique par les 2000 mètres d’eau qui le recouvrent. Ces profondeurs abyssales permettent de bénéficier d’une obscurité totale, à peine troublée par quelques animaux bioluminescents. Le principe du télescope Antares est de faire de la Terre elle-même la cible des neutrinos. Le globe terrestre laisse passer les neutrinos mais arrête les autres particules. Certains de ces neutrinos, en traversant la Terre, vont entrer en collision avec le noyau d’un atome. Cette rencontre, statistiquement très rare, produit un muon, une particule chargée voisine de l’électron, qui se déplace dans la même direction que le neutrino d’origine. Ce muon peut parcourir jusqu’à une dizaine de kilomètres dans la croûte terrestre. En émergeant dans l’eau, il laisse derrière lui un sillage très faiblement lumineux. C’est ce sillage ascendant laissé par le muon que détectent les « yeux » d’Antares. Ainsi, c’est le ciel de l’hémisphère Sud qui est observé au travers de la Terre. Cette portion de ciel inclut le centre galactique, siège de phénomènes extrêmement violents.


Le neutrino : une nouvelle fenêtre ouverte sur l’Univers

En traquant les neutrinos cosmiques, le télescope Antares cherche à faire progresser l’astronomie de haute énergie. Ces dernières décennies en effet, les astronomes ont découvert de nombreuses sources de photons de très haute énergie (galaxies abritant des trous noirs super massifs, restes de supernovae, émetteurs de sursauts gamma…). Ces photons pourraient être issus de l’interaction de protons ultra-énergétiques, qui pourraient constituer le rayonnement cosmique qui bombarde la Terre. Ces réactions nucléaires produiraient également des neutrinos cosmiques. Pour observer ces phénomènes cataclysmiques, les physiciens des astroparticules ne peuvent s’appuyer sur la détection des photons et des protons car, à très haute énergie, ces particules peuvent être arrêtées par la matière, ce qui rend leur observation dans l’Univers lointain difficile. Les neutrinos de haute énergie, qui traversent l’Univers en ligne droite, sont en revanche des témoins directs de ces phénomènes extrêmement violents. Leur détection par Antares devrait apporter aux astrophysiciens un éclairage unique sur ces phénomènes et dessiner petit à petit une nouvelle carte du ciel.

L’observation des neutrinos de plus basse énergie, issus de l’accumulation de matière noire au centre du Soleil ou de la Galaxie, est un autre sujet d’étude pour Antares. Depuis 70 ans, la masse manquante de l’Univers (95% de sa masse totale) est une des questions centrales de la cosmologie. Une partie de cette masse manquante pourrait être constituée de particules élémentaires massives appelées wimps (weakly interacting massive particle). La théorie physique dite de la « supersymétrie » en prédit l’existence et prédit également que ces particules s’accumuleraient au centre d’objets massifs comme la Terre ou le Soleil. Les wimps sont à la fois particules et antiparticules. En s’accumulant elles finiraient par s’annihiler en produisant une bouffée d’énergie et de particules, dont des neutrinos de basse énergie.

Antares constitue également une infrastructure scientifique sous-marine permanente et multidisciplinaire, déjà équipée d’instruments, certains regroupés sur une treizième ligne spécifique : sismographes, mesures de la température, de la concentration en oxygène, caméra à l’affut de la faune abyssale… Ils permettront d’apporter des éléments de réponse aux questions posées par d’autres domaines scientifiques comme l’océanographie ou la climatologie, en association avec des laboratoires de l’INSU (COM, GeoAzur).

Bien que le détecteur soit tout juste déployé en totalité, grâce aux données enregistrées avec les lignes déjà installées, les physiciens ont déjà identifié plusieurs centaines de neutrinos issus de l’interaction du rayonnement cosmique dans l’atmosphère aux antipodes du détecteur. Parmi ceux-là pourraient se cacher quelques neutrinos issus d’une source située aux confins de l’Univers. Seule l’accumulation des données permettra de les débusquer. Le neutrino est si difficile à capturer que les physiciens travaillent déjà à un détecteur beaucoup plus grand, de taille kilométrique qui ouvrira en grand cette nouvelle fenêtre d’observation sur l’Univers.


Notes:

(1) Plus de 150 chercheurs, ingénieurs et techniciens présents en Allemagne, Espagne, Italie, Pays-Bas, Roumanie, Russie et dans les laboratoires français suivants : Centre de physique des particules de Marseille (CNRS/université de la Méditerranée) ; CEA/Irfu (Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers, centre de Saclay) ; Groupe de recherche en physique des hautes énergies (Université de Haute-Alsace) ; Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (CNRS/Université Louis Pasteur) ; Astroparticule et cosmologie (CNRS, CEA, Université Paris Diderot, Observatoire de Paris) ; Géosciences Azur (CNRS, IRD, Observatoire de la côte d'Azur, Université de Nice, Université Pierre et Marie Curie) ; Centre d'océanologie de Marseille (CNRS/Université de la Méditerranée) ; Laboratoire d'astrophysique de Marseille (CNRS/Université de Provence) ; Ifremer (centre de Toulon/La Seyne-sur-Mer et centre de Brest).

(2) Le financement du projet Antares est assuré grâce à la contribution du CEA (DSM/Irfu), du CNRS, de la région Alsace, de la région Provence Alpes Côte d'Azur, du Département du Var, de la Ville de La Seyne-sur-Mer, de l'Union européenne et de cinq pays (Pays-Bas, Allemagne, Italie, Espagne, Russie).


Source: CNRS et CEA
Illustration: © CEA/)Ir fu

Oswald_le_fort
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Message par Oswald_le_fort » 26/06/2008 - 9:22:25

Ca vient de chez moi !

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Maulus
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Message par Maulus » 26/06/2008 - 9:46:15

T'as bossé sur Antares ?
Ce n'est pas le moindre charme d'une théorie que d'être réfutable, F. Nietzsche.

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Message par Oswald_le_fort » 26/06/2008 - 10:05:29

Non. Mais j'ai pas mal de potes qui sont dessus, et en fait je suis dans un bureau entouré par des antaressien...

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Maulus
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Message par Maulus » 26/06/2008 - 10:17:21

ouh ben sa doit être l'effervescence :)
Ce n'est pas le moindre charme d'une théorie que d'être réfutable, F. Nietzsche.

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Victor
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Message par Victor » 26/06/2008 - 10:45:15

Moi c'est le mot télescope qui m'intrigue y a-t-il une directivité dans les capteurs de neutrinos et comment on analyse ça ?

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buck
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Message par buck » 26/06/2008 - 10:49:24

oui il y a une directivite, du au fait que les capteurs sont place sur la meme ligne, Le passage du neutrino sur plusieurs capteurs permet de le voir. (sur un seul pas suffisant)
"Le soleil, avec toutes ces planetes qui gravitent sous sa gouverne, prend encore le temps de murir une grappe de raisin, comme s'il n'y avait rien de plus important. " Galilee

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Message par Oswald_le_fort » 26/06/2008 - 11:09:52

En fait c'est une matrice de détecteurs. Le cône de lumiere émise par les muons dans leur passage dans l'eau est très directionnel. Et donc, en captant les photons venant d'une direction précise et en cherchant les points de "focalisation" (c'est pas le bon terme, mais c'est l'idee) des photons, on sait où est passé le muon, et quelle est sa direction (ce qui est très important). Du coups, on peut localiser la direction de la source du neutrino. Je ne sais pas vraiment quelle est la resolution obtenue par contre... Mais c'est pas mal d'après ceux qui bossent sur la manip.

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buck
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Message par buck » 26/06/2008 - 11:11:55

Salut
La resolution depend du nombre de noeuds de la matrice?
"Le soleil, avec toutes ces planetes qui gravitent sous sa gouverne, prend encore le temps de murir une grappe de raisin, comme s'il n'y avait rien de plus important. " Galilee

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Message par Oswald_le_fort » 26/06/2008 - 11:13:50

oui, mais pas seulement. Ca dépend aussi de la sensibilité des détecteurs, de la qualité optique de l'eau, et de pas mal d'autres facteurs que je ne connais pas (il y en a un paquet)...

Victor
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Message par Victor » 26/06/2008 - 11:53:54

Quels vont être les découvertes en astronomie neutrinos... Je sais bien la question est idiote mais on attends quoi ?

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Message par Oswald_le_fort » 26/06/2008 - 13:32:56

Arf, je voudrais bien te répondre, maisje vais pas être objectif... Bon je vais essayer quand même parce que bon, je suis quand même dans le labo qui l'a conçu...
Antares va chercher de la matiere noire, des monopoles de dirac (monopoles magnetiques) analyser les GRB (sursauts gamma) et AGN (noyaux actifs de galaxies), et peut etre d'autres trucs dont je ne suis pas au courant.

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Maulus
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Message par Maulus » 26/06/2008 - 14:51:05

tient en parlant de sursaut gamma, sa arrive uniquement avec les étoiles super massive ? ya pas d'autre objet qui génère ça ? parce que il parait que ces sursaut gamma sont d'une puissance totalement sidérante !
Ce n'est pas le moindre charme d'une théorie que d'être réfutable, F. Nietzsche.

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Message par yeti » 26/06/2008 - 16:24:57

Ben les trous noir super massif, les supernovas...

Xzander
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Message par Xzander » 26/06/2008 - 18:27:10

Très intéressant, bonne vulgarisation! :jap:

tr
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Message par tr » 26/06/2008 - 21:31:14

Je comprends que la ligne de détection soit souple eût égards aux courants marins mais ce qui m'intrigue c'est comment analyser la trajectoire d'un muon, si elle est rectiligne en passant par une ligne de détecteurs un peu mouvants, pas toujours droite ??? Ou alors la torsion de la ligne de détection est négligeable par rapport à la longueur de la ligne lumineuse tracée par un muon ?

Votre recherche est fascinante, faisant apparaître des choses autrement théoriques et très difficiles à voir en pratique. Bel article de vulgarisation aussi...

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Message par Oswald_le_fort » 26/06/2008 - 22:16:56

tr,
C'est une très bonne question... Il est clair que les lignes sont en mouvement, et pas qu'un peu... Je crois que le haut de la ligne est décalé jusqu'a 20 mètre par rapport à sa position "normale". Mais de toutes manières, les lignes sont reconstruites par hydrophone. On utilise de hautes fréquences acoustiques et des micro un peu partout sur les lignes et on peu alors reconstruire assez facilement la position des modules optiques. La torsion des lignes n'est pas négligeable, puisque la toute première ligne de tests a cessé de fonctionné parce que la fibre optique qui transmet les infos des différents modules optiques vers la base s'est sectionnée à cause de la torsion. Depuis, le modèle à été revu, et ça tiens bien.

tr
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Message par tr » 27/06/2008 - 10:36:23

Merci Oswald_le_fort :sol:

Je comprends mieux comment on peut avoir des résultats précis !

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